潘启静钻床改装用数控XY工作台设计说明

1、广西工学院机械工程系机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目：钻床改装用数控XY工作台设计（190*210mm 2）（C）班级：机电071班姓名:启静指导教师：梁蔓安教研室主任：设计要求：设计要求包含以下几个部分：1、数控XY工作台机械部分的设计计算2、数控XY工作台机械部分装配图设计（A1）3、基于运动控制卡的控制系统硬件系统设计图（附在说明书中）4、编写设计说明书（不少于18页）广西工学院机电一体化教研室2011-1-11机电一体化系统设计课程设计指导一、设计目的通过本次设计， 使学生全面地、 系统地了解和掌握机电一体化技 术的基本容和基本知识， 初步掌握机电一体化系统设计方法， 并能学

2、会运用手册、标准等技术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识 和动手能力。二、设计容题目：钻床改装用数控 XY 工作台设计1 、 设计一套简易数控 XY 工作台，固定在某个钻床的工作台 上， XY 工作台的位置控制采用步进电机数控系统，通过上述 方案将该普通钻床改装成简易的经济型数控钻床。2 、 设计要求：改造后的钻床能够加工的最大面积为： A*B mm 2 的工件，最 大工件重量： 150kg. 数控 XY 工作台要求孔的定位精度在 +/-0.02mm ，工作台快进速度为 2m/min, 加减速时间为 0.2秒。三、机械部分改装设计计算1、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求，所取的能够

3、加工的最大面积为 190 210mm2 ，最大 工件的重量为 150kg 。因此我初定工作台的 230 230 20mm3 。工作台的 材料为 45号钢，其密度为 7.8 103 kg / m3 。（取 g 10N / kg ）因此：1.1 、工作台（ X 向托板）重量=体积X密度93G1 230 230 20 10 9 7.8 103 10 90 N1.2、取Y向托板=X向托板G2 90N1.3 、上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长400mm，宽为200mm,高为30mm。因此G 3 400 200 30 10 9 7.8 103 10 190 N所以根据上面所求，得 XY 工作台运动部

4、分的总重量为：G 动 G1 G2 G3 90 2 190370N根据要求所知，其最大加工工件为 150kg ，因此：G总 150 10 370 1870N2 、传动系统设计2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工 作台的位置精度的1/2 ，由于定位精度在0.02mm，因此：10.02 0.01mm，2 ，2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为i 1,取丝杠的导程为P 4mm取步距角B为0.9度，所以 脉冲当量巴 0.01mm3603、滚珠丝杠的设计计算及选择3.1求丝杠的静载荷Fc已知其计算公式Fc fdfHFM数控机床系统设计R10公式5-2式中的fH，硬度系数，取1.

5、0 数控机床系统设计 Re表5-2fd 载荷系数，取1.5数控机床系统设计 R10表5-2Fm :丝杠工作时的轴向阻力根据：FmFz 0.003 1870 5.6N其中 为 0.003-0.004 因此：Fc 1.5 1 5.6 8.4N3.2、确定动载荷及其使用寿命根据丝杠动载荷公式：C LfHfd Feq式中：C :额定动载荷fd :动载荷系数，轻微冲击取1fH :硬度系数，58HRC取1Feq :当量动载荷，NL :寿命根据：使用寿命使用寿命 L 6 300 8 14400h所以 l60nT/10660 500 14400 /106432h式中的n丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进

6、的速度为2m/min，因此其计算为：n 1000Vmax / P 1000 2/4 500r/min所以：C 3 432 1 1 5.6 42.4N3.3滚珠丝杠的选取查.njyig on g./d 门型内循环浮动式滝珠丝杠別: ntJiiI k :八 p v nii .赫向 ka r !I C i 我所需要的 0.0268 。其外形结构 及尺寸如下图所示：6 、联轴器的选择6.1 、联轴器的介绍联轴器属于机械能用零误了件畴， 用来联接不同机构中的两根轴 （主动轴和从动轴） 使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。 在高速重 载的动力传动中， 有些联轴器还有缓冲， 减振和提高轴系动态性能的 作用。联

7、轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。6.2 、联轴器的选择 由选择出丝杠的型号和步进电机的型号综合考虑联轴器的尺寸大小并选择相应 的型号。丝杠轴端 d1 =12mm ，电机轴端 d 2 =9.5mm ，由网址： .gzlink./查得：根据轴径选择联轴器的规格型号为： LK7-25-SLK7-25 7、轴承座的选择根据滚珠丝杠的公称直径为 12mm ，因此我先择的轴承座 为：查 .shdaoquan./ 其外观图为：其参数为：6 ）位置管理和软件限位开关功能7）运动中可光滑改变速度和目标位置根据参数，我所选的型号为 EK-12装配参数：四、硬件系统设计1、DMC3000DMC3000

8、 系列是一种性能优越、功能强大的运动控制卡，特别适合于多 轴插补联动等复杂用途。 由于卡上带有硬件插补处理器， 两轴圆弧插补和多轴直 线插补均可在卡上进行处理， PC 机公需向卡上写入插补运动的终点和圆心值即 可。卡上的预置寄存器可预先存储下一运动的数据， 待当前运动执行完毕后， 即 自动装载并执行下一动动， 因此本卡能很好地执行多段连续路径插补动动。 此卡 还有许多其它高级功能，如 T/S 形速度曲线、编码器或光栅计数、手轮输入、 精密 Z 信号找零、非对称速度曲线、动态可改速度和目标位置等DMC3000 特点1） 四轴独立同时或插补运动2 ）任意两轴和三轴线性插补功能3）常矢量速度连续插补

9、功能4 ）T/S 对称或非对称速度曲线5 ）两种编码器输入脉冲类型： A/B8）四轴可同时起动功能9）功能强大的MOTION3000 测试软件10 ）最多可达16进16出I/O11 ）每轴最大输出脉冲频率4MPPS12 ）两轴圆弧插补功能13 ）由上位机控制的位图插补功能14 ）两种脉冲输出类型：双脉冲或脉冲/方向15 ）每轴编码器输入脉冲频率最大1MHZ16 ）板卡号ID设置，同一电脑最多可插12块卡17 ）支持手轮和JOG功能18 ）可编程中断源19 ） DMC3400 DLL函数库和适用于 Windows 95/98/NT/200020 ）可用 VB/VC/C+ BUILDER 等编程控

10、制卡原理结构见下图nHC30(I0!tS(-Pwit员i运动楼制PCL接口光电雋壽t* 1实际也；U54堆蹣控光电阿赛4、+EL卜SD-SDORGj毎1正阿嘔奂向2L 主计耀盘M机作 员卡胡咗L隹号 豪*SD号 卷号.0RG1E 号L编玛器信号典址轴运动揑制信号接口注：EL伽d 1询1th限位SD(slow_down)；咸速ORC (origin)：曲点XY工作台控制系统结构图X茅迓电帆*u*LSlrt1i更亲口芯料UT9图2 X-YI件台控制系境结构图主S制界四、总结经过 10 天时间的课程设计完成了整个钻床 XY 工作台的机 械部分的设计、计算及选取。在结构上看似简单，但是真正在着 手的时候发现自己还有很多方面不懂，因此需要努力加强自己的 专业方面的理论知识及实践能力。本次设计的主要容包括，滚珠丝杠，滚动导轨及步进电动机 的计算及选取和轴承座、联轴器的选取。在其计算方面我采用了 最常规的方法， 因此对于所设计的工作台的实用性有一定的保障。 另外在导轨座，工作台及其配装的设计中，加入了自己的一些想 法，有所创新，也希望能够经的住实践的考验。在设计中也遇到了一些问题，感梁蔓安老师的精心指导，由 于本人经验不足，专业水平有限以及一些不可预见的因素